单片机课程模块化教学模式研究

薛伟+安剑奇+杨越

摘要：单片机课程是测控技术与仪器专业中一门重要的专业基础课，在课程体系中起着承上启下的作用。本文针对传统教学模式的缺点，研究了基于模块化思想的教学模式，将课程分为4个模块，以模块为单位编排教学内容，实施教学和考核。实践结果表明，新的教学模式可有效改善教学效果，提高培养质量，对于其他专业课程的教学改革有较好的借鉴意义。

关键词：单片机；模块化；教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）01-0135-02

一、引言

单片机课程作为测控技术与仪器专业的专业基础课[1]，对理论知识和实践能力的要求都比较高，具有综合性强、实践性强的特点。单片机课程既是对前期模拟电子技术、数字电子技术、信号处理和C语言程序设计等课程知识的综合应用，也是后续的电子测量和智能仪器设计等课程的基础，在整个课程体系中起着承上启下的作用，具有重要的地位。传统的单片机课程教学模式侧重于对单片机内部结构和各部件功能的介绍[2]，知识点多，抽象性强，缺乏逻辑清晰的模块结构。随着电子技术的迅速发展，单片机中各种新功能层出不穷，传统的教学模式很难适应社会对学生的需求。本文针对单片机课程的特点，根据模块化课程的设计思想[3]，将相互渗透的课程内容分解为一系列的知识模块，按照模块化的课程体系组织教学，使得教学模式更具科学性和适应性。

二、传统单片机课程教学模式分析

目前的单片机课程教学模式主要按照从原理到应用[4]的内容体系组织进行，在原理部分侧重于各个部件的功能介绍；在应用部分侧重于扩展设计介绍，由此在教学过程中造成了以下问题：

1.原理部分知识点分散，系统性较差。单片机内部功能部件较多，每个功能部件的知识点包括内部结构原理和具体功能，内容较多，需要用到前期的很多课程知识。传统的教学模式下，学生对大量功能部件原理的学习比较困难，难以掌握部件之间的关系，影响了对单片机系统层面的学习。

2.应用部分内容陈旧，和当前技术应用水平不匹配。在编程方面，传统的教学模式中大多以汇编语言为主，但是汇编语言指令烦杂，可读性和移植性较差，和社会上主流的C51编程不匹配。此外，在系统扩展设计方面，传统的教学模式中主要讲述A/D、D/A、串口、键盘和LED等外围器件，没有涉及到新的功能器件。

三、模块化教学模式设计

模块化教学是根据专业的培养目标和要求[5]，结合单片机课程教学大纲，将所需的知识结构和能力要求分解成几个相对独立的模块，对各个模块实施针对性的教学，最后按照各个模块的要求组织考核。模块化教学设计包括模块化教学内容、模块化教学实施和模块化考核等三个方面。

1.模块化教学内容。根据测控技术与仪器专业的培养目标，针对课程特点，将单片机课程的教学内容划分为4个模块：系统原理和结构模块、程序语言模块、关键功能模块和应用扩展模块。（1）系统原理和结构模块。系统原理和结构模块包括单片机基本概念、系统结构、CPU、存储器、I/O口和时钟等几个方面的内容。通过该模块的学习，让学生对单片机有初步的认识，了解单片机的结构原理，能理解单片机和微机之间的区别。（2）程序语言模块。程序语言模块包括汇编语言和C语言两个方面的内容。对于汇编语言，主要从理解的角度考虑，重点介绍寻址方式和指令系统。寻址方式和存储器密切关联，通过寻址方式的学习，进一步熟悉存储器的结构；指令系统是编程的基础，包括常见的几类指令功能和格式规范，通过指令系统的学习，理解汇编程序的基本功能。对于C语言，需要从理解和编写的角度考虑，简略介绍标准ANSI C语言部分的知识点，重点介绍单片机C语言（C51）的编程设计。通过C51的学习，理解C51的数据类型、存储类型和专用指针等关键知识点与ANSI C的差异，熟悉C51的编程特点，为后续模块的学习打下基础。（3）关键功能模块。关键功能模块包括中断、定时/计数器和串行口等三个方面的内容，为单片机的关键功能系统。对于中断系统，主要介绍中断系统结构、响应过程和中断服务程序设计。对于定时/计数器系统，主要介绍工作原理、时间常数的计算方法和应用程序设计。对于串行口系统，主要介绍工作方式波特率设置方式和双机通信程序设计。三个功能模块内容相互关联度高，联系紧密，其中中断涉及到定时/计数器和串行口的知识，串行口涉及到中断和定时/计数器的知识。因此，将这三个功能模块内容作为一个整体讲解，有助于对该部分知识点的综合理解和运用。（4）应用扩展模块。应用扩展模块包括系统扩展和接口技术，为单片机的综合应用部分。系统扩展包括三总线扩展、I/O口扩展、存储器扩展和串口总线扩展等几部分内容，为复杂系统的设计打下基础；接口技术包括显示、键盘、A/D、D/A和開关器件等基础外围功能器件，适当增加语音芯片、无线通信芯片等常用模块的设计介绍。

2.模块化教学实施。第一，根据4个模块的知识点合理分配课时。根据专业教学大纲规定的48学时的总量，4个模块的学时分别为8学时、12学时、14学时和14学时，其中3和4两个模块中分别包括4个学时的实验课时。第二，应用扩展模块的内容根据技术的发展及时调整更新，以满足社会对技能的需求。第三，关键功能模块和应用扩展模块中均采用C51程序，通过课堂讲授和实验室实践相结合，提高学生的C51编程能力。第四，课后习题以教学模块为单位布置，增强学生对模块内知识点之间逻辑联系的了解，提高对模块内容的整体认知程度。

3.模块化考核。第一，试卷内容按照模块化方式组织，4个模块内容所占分值分别为25分、20分、25分、30分。第二，以模块为单位建立试题库，1和2两个模块的题型以填空题和问答题为主，重点考核学生对基本概念的掌握；3和4两个模块的题型以设计题为主，重点考核学生对知识点的综合理解和运用能力。第三，根据各个模块的得分情况分析各个模块的教学效果，对得分较低的模块，改进教学内容和教学方式。endprint

四、結论

本文从单片机课程特点出发，以提高教学效果为出发点，研究并建立了一套模块化教学模式，将课程知识点分为4个模块，以模块为单位进行内容编排、实施教学和考核。近三年的实践运行表明，明显增强了学生的学习兴趣，提高了其对知识点的理解和应用能力，考核成绩平均提高了12%，教学效果有了明显改善。对用人单位的调查反馈表明，毕业生适应单片机技术工作的周期得到缩短，解决问题的能力得到提升，可更好地满足社会对技术人才的需求。新的模块化教学模式优化了教学内容，使得课程教学和考核更加科学合理，有效提高了教学效果和培养质量，对于其他专业课程的教学改革具有较好的借鉴意义。

参考文献：

[1]顾亚雄，张禾，赖欣.测控技术与仪器专业课程体系改革探索[J].实验技术与管理，2008，25（6）：142-145.

[2]石明江，顾亚雄，张禾.单片机原理与应用课程教学改革与实践[J].计算机教育，2011，（6）：107-109.

[3]贾豫东，张晓青.单片机实验课模块化教学实验内容设置探索[J].教育教学论坛，2015，（20）：212-213.

[4]李建忠.单片机原理及应用[M].第二版.西安电子科技大学出版社，2008.

[5]岑盈盈，朱建华.电工电子实习模块化教学模式的构建与探索[J].浙江科技学院学报，2010，22（3）：237-240.

Abstract：Single chip microcomputer course is an important specialized basic course in measurement control technology and instrument specialty，and it plays the connecting role in the course system. In this paper the teaching mode based on modular theory is investigated for the defects of traditional teaching mode. The proposed teaching mode divides the course into four modules，and it arranges the teaching content，executes teaching and assessment based on modules. The practice results show that the proposed teaching mode could improve the teaching effect and enhance cultivation quality，and it has reference value for other specialized courses.

Key words：single chip microcomputer；modularity；teaching modeendprint